永磁同步电机交直轴电感计算

1、参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多永磁电机永陵同步电机分为表面式和内置式。由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和 交轴磁阻相等，因此交立轴电感相等，即Ld二Lq.表现出随极性质。对于内置式，直轴磁阻 大于交轴侦阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此LdLq,表现出凸极电机的性质。 磁动势、磁阻：磁场强度H沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U表示，单位为A。磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包用的电流数，即F =4Hdl =称为安培环路定律。由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F表示（A）。在电机设计中，为简化汁算

2、，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。磁路的划分原 则是:每段磁路为同一材料:磁路的截面积大体相同:流过该磁路各截面的磁通相同。电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电 线圈。图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A,长度为L,假设磁通都通过该圆柱体的所有 截而且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为;二;与电路中电流和 电压的关系类比，定义/?加=二,为该段磁路的偃阻.上式称为偃路的欧姆定律。磁阻用磁 路的特性和有关尺寸为= 4（L是长度，p是磁导率），与电阻的表达式在形式上类 从AuA似。磁阻的倒数为磁导，用八表示，A =众所周知，若气隙长度

3、均匀、磁密在一个极距范阳内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效 应，则气隙磁压降为吊=Hs8 = 6 = £斗,式中，P为每极磁通；6为气隙长度：400小T为极距；La为铁心长度。调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导 率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交内轴电感相等，即 Ld二Lq,表现出陷极性质。而对其他结构，田人广交轴磁阻，因此LdLq,表现出凸极电机性质。我认为为于表面式，因为永磁铁的磁导率等于空气的磁导率，所以，就相当于, 在转子的外层都是空包，这样磁动势的距离一样，所以磁阻一样。而对于内置型，交轴的计 算路径都是

4、铁心和转子外部的空气。而直轴会在转子中通过电磁铁，所以经相当于贴心中间 有一部分的空气，这样整体的磁导率就卜降了。所以Lm分母变大，磁阻就变大了。= 匕=上_ 3宜曜 。"叼_ 3兀* （）4 _I 的秘if - 8劭 p2q _ 8p2 lg _ 8p2 lg - 8p21心快电机）；所以磁阻和交直轴电感成反比。电感的计算ansoft+maxwell+电感计算电感有三种定义：初始电感、视在电感和增量电感。1、初始电感是指励微电流很小时，工作在B-H曲线的线性区，一般用于小信号分析。2、视在电感是针对线型磁性材料而言的。3、增量电感是指励磁电流比较大时，工作在B-H曲线的饱和区，一般

5、用于大功率电源。电感计算的方法：1、矩阵法在Parameter中设置电感Matrix.计算完了之后,在solution的Matrix中可以看到结果。这 种方法也适用于多线圈的自感，互感计算，但前提是B-H是线性的或者工作在初始的线性区, 而在饱和区时就不对了。2、增量电感也就是我们常说的饱和电感或者叫动态电感，需要用导数计算dphi/di.Ansoft的导数是这样 表示的derive (phi) /derive(i)o这样的计算结果覆盖整个B-H曲线，包括饱和区。还可以做参数化扫描，得到电感随电流变化的曲线(饱和电流曲线)。Maxwell PM Motor Ld Lq永磁电机交直轴电感LqLd

6、仿真计算ANSOFT实例详解对Ansys计算永磁同步电机交直轴电感进行实例仿真。1、用Ansys的Parameters/Matrix模块进行三相电感的计算。O 二 O(deg自HI testl (Magnetostatic, XY)*Model上9d .Properties: IPM1 Ld Lq test testl回 口J Boundariesr- - r- 3 Excitations e 1H PProjectLocal VariablesC Value Optimization TuNuneValueidi e*sqrt (3)*sin (TheN30FB1i e*sqrt (3)*c

7、os (The1 aroper tiesNameidie*sqrt (3)*sin(Thet)N30PB1iqi e*sqrt (3)*cos (Thet)ie5Thet0对id、N、Pb、iq> ie、Thet进行参数设置,全局变量。将转子D轴和定子A相轴线对齐，这样8:0. id = V3ie sin/? ;iq = V3ie cos p;T = Tm+Tr=岫(岫)cosB + 9&- Ld)(V3Ie)2 sin20;Ld,Lqciq(id-0, Thet=0)Ld, Lq vs Tbet (+0/340)to 20)043 SO BO 70»90Thet(de

8、gl【HEEP!2040 ec w ixIe (Al |=lcVsqrt(3)sin。sin(6 一，sin(6 +，i u = sqrt (2/3) * i d*N/PB；i v = sqrt (2/3) * (- i d/2-sqrt (3) /2* i q) *N/Pb；i w= sqrt (2/3* (-id/2+sqrt (3)/2* i q) *N/Pb；日 RAUAtfitriB 5 Exei；j 4© UI JProject IProper UesV&8J?4neVIJTyreCurrentCurrentsqrte/3)*id*H/P3DirectionPos

9、itive将abc三相电流写成id、iq的函数，直接写入激励源中，并且将N匝也加入到电 流激励中，直接出正确的结果。m EwSduin.Wib- !。，1”，核1.176.二/0电收14如如出1|四：|中作bifib |Cirvrr<i<% b-» T»yr* |*c S»ritr»r<|,me Mm百 Uk Iniro?«t4HnlrtelruRF 鸵 Parameters：h MatrbclKFFFKPFPFP2 M” IB afixs U nf in “«Z Lyv Z/"，W，i” z” “”Z”M

10、Mtn，在Matrix里设置入电流端和相应的返回端。并将ABC三相电流归组。参考Ansoft12 在工程电磁场中的应用P111oN:单层线圈匝数;PB：线圈并联支路数；I是磁动势；入是磁链：Ie相电流有效值: B是电流值超前交轴角度。2、用Excel或Mat lab将三相电感进行D-Q变换。=Cr*LMnv*C*；d（单匝磁动势）；LAq JL'q .当在Matrix中设置成多匝和多支路（实际值）时，LdLq不乘以极对数之类的, 直接算出来的矩阵乘以两个C就行。Wig人5心U.Ritte 4 v/Mte 4 4mleMWuM 谛 SS16Mg蚤-E我-当在Matrix中设置成单匝和单支

11、路时，LdLq还要乘以极对数之类的。计算的结果是1匝，三相并联支路数为1,默认定转子铁心铁长为1米时的三相 电感值,在步骤3时折算到实际值。Jr cut 斤3 Er.ti'a esPH_AJU】/，WZJU3JPHJB1PHJ：1忆H”2* a * I；a是对称数，对四分之一模型而言，就是4： I是定转子长度。A是磁链。必=非?咽efBci；Lm =葛的浇乙表面式结构，交直轴励磁电感相等，用Lm表示；rg为电机气隙平均半径；lef 为电机铁芯有效长度：1g为气隙等效长度。要分析电感，Matrix,激励源必须是电流源，不能是电压源。法一的求解器必须是静电场, 法二的求解器可以是瞬时场。先

12、根据Rrmprt生成Maxwell 2D模型，（先不用打散,然后打开左侧sheet-copper. ?.行蜜 多I 且，全部选中，右击-"edif'JBoolearT-”separate bodfes）把线圈都分# 要不一个线圈代表者4个，但是大家的方向都不一样。然后，根据Rmxprt里的绕线，分别给每一个线 圈设定出线的方向和激励电流的大小。然后，左面的“excitation”里就会有许多电流，合成 ABC三相。）右击标!®（Maxwell 2D）44solution type*“Magnetostatic（静电场）"udesign setting&qu

13、ot;"Matrix computa tion"_" Apparent".然后,分别在四分之一模型中,右击左侧“copper”中的绕组aassign excitation*'一“current 给各个绕组加电流和方向。右击左侧“copper”中的绕组 “assign excitation” 4* set Magnetization Computation "0右击左侧“parameters"° Assign",Matrix ",然后双击卜面的Matrix的小蓝色方框一一“setup”,把正方向的线

14、圈画勾，如果有回路，则在后面选择相应的回路端。一一“Post Processing",按住Ctrl,把相应的4个B相都选中，“Group”，把右面的组名字改成PHB 就好了。其他两相照做，但是A会少一个。.右击 “analysis”* set up” "analize” 右击 ° resultsM44 solution data M -一就会出现各种电感，把"postprocessM画上勾，就是相应的三相等效电感矩阵。-rt ：S2lZ3Pxoftle I Cowceze IT«r«w?Pe” | mm、zJ5P 丁d局F AoiPi

15、o；fr.<ed必28182CiC2C31 C4OjZQjJoxmxi.二一4Q：15567400X25：0114252。比公必0 侬 S31-aa)l224-> JX-4871U00171M90037924Q9O172>90 9Go424J0DW1；Cl3101c2uOOC26W00O7W»oowwQ 001215>477JM)63CCWO06。仲，月Bl<13»T!55T00017213, OOQIBC0C63883OOC2S4920ggC 90133*9O»11»cmw<1007630CCCB5H2B2OCDMR

16、-03MW<7736-005OOC2849：C0062»400053796<X2»<50D1J5W0CD1McwaaiB)0001QWOOC2BAIU00083MOOOW?XC.9G2»%“型EH<1001X1B40 33»484)3X240coin»QocmnOOUtMSomi»«C0CD47MKV2»4 DOI MT00001)72C8slCloow5mOOOPW-OOE”，洸制。即 22»006210OOttMH 001的C2<100122(6<130101(2O

17、4Q25M05026321eoonsa410C13574C.SG25350M41540DC664XC3030123414331004COOS6MQXX3S3100136-C0C1XT00001372C.OCSMU00CS5412OOCM2D59X2G452C40M1XB2OIOI2IB400知®woiusnOOC282?C.00120M0082WMatrixSetupPost Proctssing |Entry TurnsGroup -> ISoupBranchesEntriesA2IA3IA4IB1IB2IB31B4IClIC2IC3IC4I>HC1A2, A3, M1

18、31,12, B3, B4 工 C3, C41 (Ungx-oup I确定1取消LuLvLwcalculation(single)Lu0.058033-0.02439-0.02077LdL(qIeLv-0.0243920.060181-0.023620.0805628330.0028194915ALw-0.020765-0.023620.0576680.002819490.0825405CTcalculation(final)0.8164966-0.40825-0.4082514.1597235914.507318280-0.707110.707107C649660-0.408248-0.70

19、711-0.4082480.707107Ll Solutions: asun -1 - Max!2DDe$ignl| n I 3 | S3Srnjldfion：W 囚他JoUq<|gqCnn沙七年4 +8 3力弘 3253万£211为芟& *2$ PST Tnet，3W/Coms gm。Porj Terv-113cMSttliesE-pcr. Souiton. |MarwlJJ>3|2dIrdjdance U rilx:|twH-,d£ 中 <rl Cicuf.PHA | PHB | PK3HA 0 053033 -0.024392 -0D207B

20、5 ?HB -00243S2 0.0GD181 -0 023616 W -0020765 -0023G16 OO576G8Close电机参数（Rmxprt参数）： 额定电压：220V：额定转速：1500rpm；温度：25；定转子长度：0.065m：D轴电枢反应电感 Q轴电枢反应电感 D轴同步电感 Q轴同步电感 电枢绕组漏电感12.1607mH12.1607mH14.9382mH14.9382mH2.7725mHD-Axis reactive inductance Lad Q-Axis reactive inductance Laq D-Axis inductance Ll+Lad Q-Axis inductance Ll+Laq armature leakage inductance LI 第二次测量：LuLvLwcalculation(single)Lu0.060164-0.02376-0.02283LdLqIeLv-0.0237590.061091-0.024410.0832560.00077595915ALw-0.022827-0.024410.0602670.0007759590.08509CTcalculation(final)0.8164966-0.40825-0.4082514.6330745614.9